Файл: Поперечно-клиновая прокатка..pdf

Эта зависимость является усредненной, так как не вызывает сомнения, что радиус качения в значительной степени зависит от трения на контактной поверхности, а следовательно, и от температуры и материала заготовки, чистоты поверхности инструмента, наличия направляю­ щей проводки. С изменением условий трения радиус качения может меняться в широких пределах.

Воспользовавшись понятием о коэффициенте сколь­ жения (6), можно установить, что последний при клино­ вой прокатке изменяется вдоль площадки контакта в пределах

где

(23)

4. Давление металла на инструмент, работа, мощность и к.п.д.

процесса клиновой прокатки

Как уже отмечалось выше (см. рис. 1), давление кли­ нового инструмента на заготовку по боковой и калибрую­ щей граням целесообразно разложить на составляющие: сжимающее усилие Pz, осевое растягивающее усилие Ру и усилие прокатки Рх-

Определение величины каждого из трех усилий имеет важное значение, так как они и соотношения между ними определяют как саму возможность осуществимости про­ цесса поперечной прокатки клиновым инструментом, так и требования, предъявляемые к станам, предназначенным

для той же цели.

Знание величины сжимающего усилия Pz необходи­ мо при проектировании станов для поперечной прокатки, так как жесткость стана должна быть такой, чтобы вели­ чина упругих деформаций станины стана, возникающих в процессе прокатки, была значительно меньше величины допусков прокатываемых изделий.

Усилие прокатки Рх с учетом потерь на преодоление силы трения, возникающей в узлах стана, определяет мощность привода станов поперечной прокатки клиновым инструментом.

16

Осевое растягивающее усилие PY определяет величи­ ну растягивающих напряжений, возникающих в прокаты­ ваемой заготовке. Величина этих напряжений не должна превышать предел текучести прокатываемого материала во избежание растяжения или разрыва стержня.

Воспользовавшись понятиями о среднем удельном давлении ак и средней удельной силе трения рстк, задача по определению составляющих усилий при клиновой про­ катке сводится к нахождению площадей проекции пло­ щадок контакта на координатные плоскости и распреде­ лению средних удельных давлений и сил трения по этим площадкам.

Площадь проекции наклонной площадки контакта на координатную плоскость равна произведению ее площади на косинус угла, образуемого ею с соответствующей координатной плоскостью. Значения этих углов определе­ ны выше ((7) —(9)). Таким образом, проекции наклон­

ной площадки контакта FP на координатные плоскости равны:

на плоскость YOZ

Рассмотрим распределение сил трения по наклонной площадке контакта в плоскости XOZ. Если допустить, что угловая скорость вращения заготовки постоянна, то на наклонной площадке контактной поверхности линей­ ные скорости течения должны быть различными. На участке BKLN (рис. 6) скорость частиц металла меньше скорости инструмента (зона отставания) и силы трения способствуют вращению заготовки. На участке KCMN скорость частиц металла больше скорости инструмента (зона опережения) и силы трения препятствуют враще­ нию заготовки. На границе обоих участков скорости частиц металла и инструмента равны (зона прилипания).

Расстояние от оси заготовки до зоны прилипания на­ зовем радиусом трения. Отметим, что вследствие сколь­ жения, характерного для процессов поперечной прокатки, радиус трения всегда меньше радиуса качения.

Рассмотрим распределение проекции скорости течения металла на контактной поверхности относительно инстру­ мента в плоскости XOZ. Как и в предыдущем случае, имеется граница раздела течения металла в вытяжку и в набор. Расстояние от оси образца до границы раздела назовем дополнительным радиусом трения. При боль­ ших степенях обжатия деформация наплыва становится значительно меньше деформации вытяжки, в связи с чем дополнительный радиус трения можно считать равным половине исходного диаметра.

Таким образом, с учетом изложенного выше значения составляющих усилий, возникающих в процессе прокат­ ки, запишутся следующим образом:

сжимающее (распорное) усилие

катке заготовок стали марки 45, нагретых до температу­ ры 1200 °С, коэффициент трения на шлифованной калиб­ рующей грани рі = 0,4, тогда как на наклонной грани, на которой нанесена технологическая насечка, р2 = 0,7 [15].

18

Среднее нормально удельное давление ок определя­ лось также экспериментальным путем [23]. Оказалось, что оно зависит в основном от степени обжатия заготовки и угла наклона боковой грани. Наивысшее значение сред­ него удельного давления имеет место при наименьших обжатиях и наибольших углах наклона боковой грани. Так, при прокатке заготовок, нагретых до 1000 °С, на клиньях с углами а = 30° и ß= 5° среднее удельное давле­

тии 6=1,5 среднее удельное давление изменяется от 35 кг/мм2 при углах а = 15° до 41 кг/мм2 при а=60°. Влия­ ние угла заострения на величину среднего удельного дав­ ления выражено в значительно меньшей степени.

Работу процесса клиновой прокатки целесообразно определять в виде

Для определения оптимальных силовых и энергетиче­ ских параметров процесса клиновой прокатки определим мощность, необходимую для прокатки образца единично­ го диаметра с единичной скоростью формоизменения:

262 — единичная скорость формоизменения; At —

ßA^

время протекания процесса прокатки.

В то же время идеальная мощность пластического формоизменения [24], обеспечивающая минимальное зна­ чение дополнительной работы и потерь на трение, равна

Глава II

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

1. Контактные напряжения

Изучение характера изменения контактных напряже­ ний в зависимости от изменения режимов прокатки по­ зволяет значительно интенсифицировать процесс. В част­ ности, представляется возможным выбирать условия, при которых можно достичь наибольшей степени обжатия без нарушения устойчивого протекания процесса про­ катки.

Исследование проводилось при прокатке плоскими плитами образцов диаметром 20 мм из стали 45 при тем­ пературе нагрева 900—1200 °С. Угловая скорость прокат­ ки изменялась в диапазоне 10—50 сек~1. Для того чтобы в средней части заготовки выполнялось условие плоскодеформированного состояния, отношение длины заготов­ ки к диаметру принималось более 2.

Контактные напряжения определялись методом раз­ резного инструмента (рис. 7): при переходе заготовки в процессе прокатки через зазор в инструменте месдозы, на которые опиралась одна из его частей, фиксировали воз­ растание составляющих усилий — усилия прокатки Р_х

ираспорного усилия Рг. Перемещение заготовки фикси­ ровалось ходографом с высокой точностью за счет ис­ пользования в его конструкции растров. Температура измерялась термопарой, зачеканенной внутрь заготовки,

иконтактной термопарой, закрепленной на рабочей по­ верхности инструмента.

Эпюры распределения контактных напряжений, усредненных по ширине инструмента, получали диффе­ ренцированием кривой роста составляющих сил. Так как графическое и численное дифференцирование вследствие

21